一个薄膜固定光电极镜像像素,具有完全单立体的制造和超出1Me的完整井容量
Joo Hyoung Kim1, Francois Berghmans1, Abu Bakar Siddik1,2
1Imec, Kapeldreef 75, 3001 Leuven, Belgium.
Sensors (Basel, Switzerland)
|November 14, 2023
概括
在上集成的新型薄膜固定光二极管 (TF-PPD) 结构为先进的成像提供了降低噪音和暗电流. 这一突破提高了全井容量和动态范围,为下一代单体薄膜光二极管成像技术铺平了道路.
科学领域:
- 光电学是指光电子产品.
- 半导体设备物理学 半导体设备物理
- 材料科学是一种材料科学.
背景情况:
- 在读出集成电路 (ROIC) 上集成的薄膜光二极管 (TFPD) 对于需要超出的光电子特性的成像应用至关重要.
- 与基于的传感器相比,目前的TFPD像素开发在噪声性能方面面临限制.
研究的目的:
- 介绍一种基于薄膜的针光二极管 (TF-PPD) 的新型结构,用于在Si ROIC上进行单体集成.
- 为了改善噪声特征,暗流和转换收益在TFPD像素中.
- 为了增强完整的井容量和动态范围,用于先进的成像应用.
主要方法:
- 在Si ROIC上对--氧化物 (IGZO) 薄膜晶体管和量子点光二极管的顺序集成. 在单体方案中.
- 引入光门 (PG) 来实现固定光二极管的操作.
- 利用PG的金属氧化物半导体 (MOS) 电容量来提高全井容量.
主要成果:
- 实现了降低 kTC 噪声和暗电流,并获得了高转换效益.
- 显著提高了1.37 Me-的全井容量 (FWC),像素距为5μm,比传统的TFPD大8.3倍.
- 由于大FWC和低噪音,实现了100.2dB的三位数动态范围 (DR).
- 由于IGZO的宽能量频段差距,接口的暗电流贡献有限.
结论:
- 具有TF-PPD和PG操作的新4T像素架构提供卓越的低噪音和高FWC.
- 这一发展解决了当前TFPD像素技术的关键局限性.
- 预计拟议的架构将加速单体TFPD成像技术的部署,类似于CMOS图像传感器 (CIS) 的进步.
